Tun(인터넷 프로토콜)편집자 확인

TUN은 운영 체제의 네트워크 스택에서 네트워크 계층 (OSI 모델의 3계층)과 상호작용하는 가상의 네트워크 인터페이스이다. 이는 IP 패킷과 같은 네트워크 계층 프로토콜 데이터 단위를 사용자 공간의 애플리케이션으로 전달하거나, 반대로 애플리케이션에서 생성된 패킷을 네트워크 스택으로 주입하는 역할을 한다. TUN 장치는 이더넷 헤더를 포함하지 않는 순수한 IP 패킷을 처리하도록 설계되었다.

TUN 인터페이스의 동작 원리는 다음과 같다. 운영체제의 커널은 TUN이라는 가상 네트워크 장치를 생성한다. 이 장치는 물리적 네트워크 인터페이스 컨트롤러와 마찬가지로 시스템의 네트워크 구성에 나타난다. 커널이 이 TUN 인터페이스를 통해 외부로 보내려는 IP 패킷은, 실제 하드웨어로 전송되는 대신 특수한 문자 장치 (예: /dev/net/tun)를 통해 사용자 공간에서 실행 중인 애플리케이션(예: VPN 클라이언트)으로 전달된다. 반대로, 애플리케이션이 이 문자 장치에 IP 패킷을 기록하면, 커널은 마치 TUN 인터페이스에서 패킷이 수신된 것처럼 처리하여 시스템의 라우팅 테이블에 따라 내부 네트워크로 전달한다.

이러한 구조는 네트워크 계층의 처리를 사용자 공간 프로그램에 위임하는 효과를 낳는다. 애플리케이션은 전달받은 원본 IP 패킷에 대해 암호화, 캡슐화, 라우팅 변경 등의 작업을 자유롭게 수행한 후, 다른 물리적 인터페이스를 통해 실제 네트워크로 재전송할 수 있다. 결과적으로 TUN은 운영체제의 네트워크 스택과 사용자 프로그램 사이에 투명한 게이트웨이를 구성하여, 기존 네트워크 인프라를 변경하지 않고도 다양한 네트워크 서비스를 구현할 수 있는 기반을 제공한다.

TUN과 TAP은 모두 운영체제 커널이 제공하는 가상 네트워크 장치 인터페이스이다. 이들은 사용자 공간 애플리케이션이 네트워크 트래픽을 주고받을 수 있게 해주지만, 처리하는 네트워크 계층과 데이터의 형태에서 근본적인 차이를 보인다.

TUN 장치는 네트워크 계층(OSI 모델의 3계층)에서 동작하며, IP 패킷과 같은 네트워크 계층 프로토콜 데이터 단위(PDU)를 처리한다. 반면, TAP 장치는 데이터 링크 계층(OSI 모델의 2계층)에서 동작하며, 이더넷 프레임과 같은 데이터 링크 계층 PDU를 처리한다. 이 차이는 다음과 같은 표로 명확히 구분할 수 있다.

이러한 차이점으로 인해 주요 응용 분야가 달라진다. TUN은 IP 패킷 수준에서의 라우팅이 필요한 가상 사설망(VPN), IP 터널링, 네트워크 시뮬레이션에 주로 사용된다. 사용자 공간 프로그램은 TUN 장치를 통해 원시 IP 패킷을 송수신하여, 이를 암호화하거나 다른 네트워크로 전달하는 로직을 구현할 수 있다. 반면, TAP은 완전한 이더넷 프레임을 처리하므로, 가상 머신이나 컨테이너에 가상의 이더넷 어댑터를 제공하여 호스트의 물리적 네트워크에 브리지로 연결하는 데 적합하다. 즉, TAP 장치는 가상 시스템이 마치 물리적 네트워크에 직접 연결된 것처럼 동작하게 만든다.

TUN 장치는 네트워크 계층에서 동작하며, IP 패킷을 처리하는 것이 핵심 기능이다. 운영체제의 네트워크 스택은 애플리케이션으로부터 전달받은 IP 패킷을 TUN 장치로 전송한다. 이 패킷은 커널 공간을 떠나 사용자 공간에서 실행 중인 프로그램(예: VPN 클라이언트, 프록시 서버)으로 전달된다. 반대 방향으로, 사용자 공간 프로그램은 생성하거나 수신한 IP 패킷을 TUN 장치에 기록하면, 커널의 네트워크 스택이 이를 마치 외부 네트워크로부터 수신한 패킷인 것처럼 처리하여 라우팅한다.

이 과정에서 TUN 장치는 헤더 정보를 포함한 완전한 IP 패킷을 그대로 전달한다. 사용자 공간 프로그램은 이 패킷의 헤더를 분석하여 목적지 IP 주소를 확인하거나, 패킷의 내용을 암호화/복호화하는 등의 작업을 수행할 수 있다. 처리된 패킷은 다시 TUN 장치를 통해 커널로 반환되거나, 필요에 따라 다른 네트워크 인터페이스로 전송된다. 이 메커니즘은 네트워크 주소 변환(NAT)이나 트래픽 제어와 같은 커널의 표준 네트워크 기능을 그대로 활용할 수 있게 한다.

TUN을 통한 IP 패킷 처리의 일반적인 흐름은 다음과 같이 표로 정리할 수 있다.

이러한 처리 방식은 가상 사설망을 구축할 때 특히 중요하다. VPN 프로그램은 TUN 장치를 통해 얻은 평문 IP 패킷을 암호화한 후, 실제 물리 네트워크를 통해 터널로 전송한다. 반대편 끝점에서는 암호화를 해제하고 원본 IP 패킷을 로컬 네트워크나 또 다른 TUN 장치로 주입한다. 결과적으로 두 지점 사이에 가상의 직접적인 IP 연결이 구성된 것처럼 동작하게 된다.

TUN 장치는 호스트의 운영체제 커널 네트워크 스택과 사용자 공간 애플리케이션 사이에 가상의 네트워크 인터페이스를 생성하여 작동한다. 이 인터페이스는 물리적 이더넷 카드와 유사하게 시스템에 나타나지만, 실제 하드웨어가 아닌 소프트웨어로 구현된다. 사용자 공간 프로그램은 이 TUN 장치를 통해 IP 패킷을 송수신할 수 있으며, 이를 통해 기존 물리적 네트워크 토폴로지와는 독립적인 논리적 네트워크를 구성할 수 있다.

가상 네트워크를 구성할 때, TUN 장치는 일반적으로 점대점 연결의 한쪽 끝 역할을 한다. 예를 들어, 두 대의 호스트 사이에 가상 사설망 터널을 구축하는 경우, 각 호스트는 하나의 TUN 장치를 생성한다. 한 호스트의 TUN 장치로 전송된 IP 패킷은 사용자 공간 VPN 프로그램에 의해 캡처되어 암호화되고, 물리적 네트워크를 통해 상대방 호스트의 VPN 프로그램으로 전송된다. 상대방 프로그램은 패킷을 복호화한 후 자신의 TUN 장치로 주입하면, 호스트의 커널은 이 패킷이 로컬 TUN 인터페이스에서 수신된 것처럼 처리한다.

이 방식을 확장하여 더 복잡한 토폴로지를 구성할 수도 있다. 여러 TUN 장치를 사용하거나, 라우팅 테이블과 방화벽 규칙을 조정하여 특정 트래픽이 가상 인터페이스를 통해 흐르도록 지시할 수 있다. 이를 통해 물리적으로 분리된 네트워크를 논리적으로 하나의 네트워크처럼 통합하거나, 테스트 및 개발을 위한 격리된 네트워크 환경을 손쉽게 만들 수 있다. 일반적인 구성 시나리오는 다음과 같다.

TUN은 운영체제의 네트워크 스택에 가상의 네트워크 인터페이스를 생성하는 소프트웨어 기반 장치이다. 이 장치는 물리적인 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)와 유사하게 동작하지만, 실제 하드웨어가 아닌 커널에 의해 소프트웨어적으로 구현된다. 사용자 공간 애플리케이션은 이 가상 장치를 통해 IP 패킷을 송수신할 수 있으며, 이 과정에서 패킷은 실제 물리 네트워크를 거치지 않고 커널과 애플리케이션 사이를 오간다.

가상 네트워크 장치의 핵심 동작 원리는 파일 디스크립터를 통한 패킷 입출력이다. /dev/net/tun과 같은 특수 장치 파일을 열어 생성된 파일 디스크립터는 가상 인터페이스에 대한 핸들 역할을 한다. 사용자 공간 프로그램은 이 파일 디스크립터에 read()와 write() 시스템 호출을 사용하여 네트워크 계층(레이어 3)의 로우 패킷을 직접 읽고 쓴다. 커널은 이 인터페이스로 향하는 패킷을 사용자 공간 프로그램으로 전달하고, 프로그램이 쓴 패킷은 마치 외부에서 수신된 것처럼 네트워크 스택으로 주입된다.

주요 운영체제별 구현 방식은 다음과 같다.

이러한 가상 장치는 시스템에 tun0이나 utun0과 같은 이름의 네트워크 인터페이스로 나타난다. 시스템은 이 인터페이스에 IP 주소와 서브넷 마스크를 할당하고, 라우팅 테이블에 경로를 추가하여 특정 대역의 트래픽이 이 인터페이스를 통해 흐르도록 구성할 수 있다. 결과적으로, 애플리케이션은 전체 네트워크 스택을 재구현하지 않고도 네트워크 계층의 패킷을 처리하는 복잡한 네트워킹 기능을 구현할 수 있게 된다.

TUN 장치는 커널이 IP 패킷을 생성하거나 수신할 때, 해당 패킷을 커널 네트워크 스택이 아닌 사용자 공간에서 실행 중인 특정 애플리케이션으로 전달하는 메커니즘을 제공한다. 이 과정을 가능하게 하는 핵심 요소가 사용자 공간 드라이버이다. 이 드라이버는 일반적으로 /dev/net/tun과 같은 특수 파일 장치를 통해 운영체제 커널과 통신하며, 가상 네트워크 인터페이스의 생성, 구성, 그리고 데이터 입출력을 관리한다.

사용자 공간 드라이버의 주요 역할은 시스템 콜을 통해 가상 인터페이스를 열고(open()), 필요한 네트워크 인터페이스 설정(예: IP 주소 할당)을 수행한 후, 입출력 다중화 시스템 콜(예: select(), poll(), epoll())을 사용하여 패킷을 읽고(read()) 쓰는(write()) 것이다. 애플리케이션은 이 드라이버를 통해 커널로부터 수신된 원시 패킷을 가져와 사용자 정의 로직(예: 암호화, 라우팅, 필터링)으로 처리한 후, 다시 커널로 되돌려 보내거나 외부 네트워크로 전송할 수 있다.

구현 방식은 운영체제별로 차이가 있다. 리눅스에서는 tun.ko 또는 tap.ko 커널 모듈이 이 기능을 제공하며, 애플리케이션은 ioctl() 시스템 콜을 사용하여 TUN/TAP 장치를 제어한다. BSD 계열이나 macOS에서는 유사한 개념으로 /dev/tunX 장치 파일을 사용하며, 마이크로소프트 윈도우는 가상 네트워크 드라이버 개발을 위한 TAP-Win32 Adapter V9와 같은 별도의 커널 모드 드라이버를 제공한다.

이러한 사용자 공간 드라이버 아키텍처는 네트워크 스택의 핵심 기능을 커널에 유지하면서도, 복잡한 패킷 처리 로직을 사용자 영역의 일반 프로그램으로 구현할 수 있는 유연성을 부여한다. 이는 OpenVPN, WireGuard 사용자 공간 구현체, 다양한 네트워크 프로토콜 스택 시뮬레이터 등이 TUN 장치를 활용하는 기반이 된다.

TUN 장치는 가상 사설망 구현의 핵심 구성 요소 중 하나로 작동한다. VPN은 공용 네트워크를 통해 마치 전용 회선처럼 안전한 통신 채널을 구축하는 기술이다. TUN은 이 채널을 통해 주고받는 IP 패킷을 사용자 공간의 VPN 응용 프로그램에 전달하는 역할을 담당한다. VPN 클라이언트 소프트웨어는 TUN 장치를 통해 수신한 패킷을 암호화하고, VPN 서버로 전송하기 위해 실제 물리적 네트워크 인터페이스로 보낸다. 반대 방향으로는 서버에서 수신한 암호화된 데이터를 복호화한 후, 다시 TUN 장치를 통해 운영체제의 TCP/IP 스택으로 되돌려 보낸다.

이 과정은 운영체제의 네트워크 스택이 TUN 장치를 하나의 일반적인 네트워크 인터페이스로 인식하게 만든다. 결과적으로, 시스템의 모든 애플리케이션 트래픽은 이 가상 인터페이스를 통해 라우팅될 수 있다. 사용자는 VPN 연결 시 생성된 TUN 장치(예: tun0)에 사설 IP 주소가 할당되는 것을 확인할 수 있으며, 이 주소는 VPN 서버가 할당한 주소 풀에 속한다.

다양한 VPN 프로토콜이 TUN 인터페이스를 활용한다. 대표적인 예는 다음과 같다.

이러한 구현 방식 덕분에 VPN 응용 프로그램은 운영체제의 네트워크 계층과 완전히 통합되어, 사용자에게는 원격 네트워크에 직접 연결된 것과 같은 경험을 제공한다. 모든 네트워크 트래픽이 자동으로 암호화된 터널을 통해 전송되도록 보장한다.

TUN 장치는 네트워크 연구, 개발, 교육 분야에서 네트워크 시뮬레이션과 테스트 환경을 구성하는 데 핵심적인 역할을 한다. 실제 물리적 장비와 네트워크 링크를 구축하지 않고도 복잡한 네트워크 토폴로지를 소프트웨어적으로 구현할 수 있게 해준다. 연구자나 개발자는 가상 머신 또는 컨테이너 내에서 TUN 장치를 생성하고, 이를 시뮬레이션된 라우터, 방화벽, 게이트웨이 등으로 구성하여 다양한 네트워크 조건과 프로토콜 동작을 검증한다.

시뮬레이션의 구체적인 활용 예로는 새로운 라우팅 프로토콜의 개발과 테스트가 있다. 개발 중인 라우팅 데몬(사용자 공간 프로그램)은 TUN 가상 인터페이스를 자신의 네트워크 인터페이스로 인식하고, 이를 통해 시뮬레이션된 다른 노드들과 IP 패킷을 주고받는다. 이 과정에서 패킷 손실, 지연, 대역폭 제한 등 다양한 네트워크 상태를 소프트웨어로 에뮬레이션하여 프로토콜의 견고성과 성능을 평가할 수 있다.

이러한 시뮬레이션 방식은 비용과 시간을 크게 절감한다. 수십 대의 물리적 라우터와 스위치를 배치해야 할 실험을 몇 대의 서버와 TUN 기반 소프트웨어로 대체할 수 있다. 또한, 실험 조건을 정확히 재현하고 자동화하기 용이하여, 네트워크 알고리즘의 비교 평가나 교육용 실습 환경 구축에 널리 사용된다.

TUN 장치는 네트워크 계층의 IP 패킷을 사용자 공간 프로그램으로 전달하거나, 그 반대 방향으로 전달하는 기능을 제공한다. 이 특성을 활용하여 네트워크 트래픽을 실시간으로 분석하거나 특정 규칙에 따라 필터링하는 도구를 구현할 수 있다. 사용자 공간에서 동작하는 프로그램은 TUN 장치를 통해 모든 인바운드 및 아웃바운드 IP 트래픽을 직접 처리할 수 있게 된다.

트래픽 분석의 경우, TUN 인터페이스를 통해 전달되는 모든 패킷의 헤더 정보와 페이로드를 검사하여 통계를 수집하거나 이상 징후를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 특정 프로토콜의 사용 빈도, 출발지 및 목적지 IP 주소, 포트 번호, 패킷 크기, 전송 시간 등을 기록하고 분석하는 모니터링 도구를 만들 수 있다. 이는 네트워크 성능 측정, 보안 감사, 디버깅 등 다양한 목적으로 활용된다.

필터링 기능은 분석된 패킷에 대해 사전 정의된 정책을 적용하여 특정 트래픽을 차단하거나 수정하는 것을 의미한다. 사용자 공간 프로그램은 다음과 같은 필터링 규칙을 구현할 수 있다.

이러한 방식으로 TUN을 사용한 트래픽 분석 및 필터링 솔루션은 운영체제의 커널 수준 방화벽이나 라우팅 정책보다 더 유연하고 복잡한 제어를 사용자 공간에서 가능하게 한다. 다만, 모든 패킷이 사용자 공간 프로그램을 경유해야 하므로 순수 커널 내 처리에 비해 성능 오버헤드가 발생할 수 있다는 점은 고려해야 한다.

리눅스 커널에서는 tun 모듈을 로드하여 TUN 장치를 생성하고 사용할 수 있다. 일반적으로 /dev/net/tun 장치 파일을 통해 접근하며, 사용자 공간 프로그램은 이 파일을 열고 ioctl 시스템 호출을 사용해 가상 네트워크 인터페이스를 생성한다. 생성된 인터페이스는 tun0, tun1 등의 이름으로 시스템에 나타나며, ip 명령어나 ifconfig 명령어로 일반 네트워크 인터페이스처럼 IP 주소를 할당하거나 라우팅 테이블을 설정할 수 있다.

주요 설정 단계는 다음과 같다.

1. tun 커널 모듈 확인 및 로드: lsmod | grep tun 또는 modprobe tun

2. 사용자 공간 프로그램(예: OpenVPN, WireGuard) 실행. 이 프로그램은 /dev/net/tun을 열고 가상 인터페이스를 생성한다.

3. 생성된 tun 인터페이스에 IP 주소 설정: sudo ip addr add 10.0.0.1/24 dev tun0

4. 인터페이스 활성화: sudo ip link set tun0 up

5. 필요에 따라 라우팅 규칙 추가: sudo ip route add 192.168.100.0/24 via 10.0.0.2

tun 장치를 사용하는 대표적인 도구로는 OpenVPN과 WireGuard가 있다. 이러한 VPN 소프트웨어는 내부적으로 tun 인터페이스를 생성하고, 암호화된 터널을 통해 주고받는 IP 패킷을 이 인터페이스에서 읽고 쓴다. 또한, 네트워크 테스트나 패킷 조작을 위한 사용자 정의 프로그램을 C 언어나 Python으로 작성할 때는 tun 장치 파일을 직접 열고 패킷을 읽고 쓰는 방식으로 구현한다. 리눅스의 tun 지원은 매우 성숙하여 커널에 깊이 통합되어 있어 안정적인 성능을 제공한다.

TUN 장치는 리눅스뿐만 아니라 다른 주요 운영체제에서도 유사한 개념으로 구현되어 사용된다. 각 운영체제는 고유의 커널 인터페이스와 설정 방식을 제공하며, 대부분의 VPN 클라이언트나 네트워크 도구들은 이러한 플랫폼별 차이를 추상화하여 사용자에게 일관된 경험을 제공한다.

macOS에서는 utun 장치가 IPsec 또는 VPN 연결을 생성할 때 자동으로 생성되는 경우가 많다. Windows 환경에서는 과거 OpenVPN 등이 사용하던 TAP-Windows 드라이버 대신, WireGuard 프로젝트에서 개발한 Wintun 커널 드라이버가 높은 성능과 현대적 아키텍처로 인해 널리 채택되었다. 모든 경우에, 사용자 공간 애플리케이션은 운영체제가 제공하는 가상 네트워크 인터페이스를 통해 IP 패킷을 송수신하며, 이를 이용해 가상 사설망 터널이나 기타 네트워크 기능을 구현한다.

설정 방법은 운영체제별 네트워크 관리 체계에 의존한다. macOS와 BSD는 주로 터미널의 ifconfig 명령어를 사용하며, Windows는 그래픽 사용자 인터페이스나 netsh 명령어를 통해 가상 어댑터의 속성을 구성한다. 실제 사용 대부분은 이러한 저수준 설정을 직접 다루기보다, OpenVPN, WireGuard, ZeroTier 같은 상위 레벨 애플리케이션을 설치하고 실행하는 것으로 완료된다. 이러한 애플리케이션들은 내부적으로 필요한 TUN 장치를 생성하고 적절히 구성하는 작업을 자동으로 처리한다.

TUN 장치는 운영체제의 네트워크 스택에 가상의 네트워크 인터페이스를 제공하여, 사용자 공간의 응용 프로그램이 IP 패킷을 직접 송수신할 수 있게 합니다. 이는 네트워크 계층의 패킷 처리를 소프트웨어적으로 완전히 제어할 수 있는 유연성을 부여합니다. 결과적으로, 표준 네트워크 하드웨어나 커널의 기존 프로토콜 구현에 구애받지 않고 새로운 네트워킹 기능을 개발하고 테스트할 수 있는 환경을 마련합니다.

가상화 및 클라우드 컴퓨팅 환경에서 TUN의 중요성은 더욱 커집니다. 단일 물리 서버 내에 여러 개의 독립된 가상 네트워크를 쉽게 구성할 수 있어, 네트워크 격리와 자원의 효율적 분배를 실현합니다. 또한, VPN과 같은 보안 애플리케이션 구현에 핵심적 역할을 하여, 암호화된 터널을 통해 모든 네트워크 트래픽을 안전하게 전송할 수 있는 기반을 제공합니다.

TUN의 또 다른 주요 장점은 플랫폼 간 호환성입니다. 리눅스, BSD, macOS, 윈도우 등 주요 운영체제에서 널리 지원되며, 일관된 개념과 유사한 프로그래밍 인터페이스를 제공합니다. 이는 크로스 플랫폼 네트워크 소프트웨어를 개발할 때 큰 이점이 됩니다. 마지막으로, 커널 모듈로 구현되어 일반적으로 높은 성능과 낮은 오버헤드를 보여주며, 시스템 호출을 통한 패킷 전달은 비교적 효율적인 방식입니다.

TUN 장치는 네트워크 계층(OSI 모델의 3계층) 패킷만을 처리하므로, 이더넷 프레임과 같은 데이터 링크 계층(2계층) 통신이 필요한 응용 프로그램에는 사용할 수 없습니다. 이는 ARP 요청이나 이더넷 브로드캐스트와 같은 저수준 프로토콜을 구현해야 할 때 제약이 됩니다. 따라서 TAP 장치와 같은 데이터 링크 계층 가상 인터페이스가 필요한 경우가 있습니다.

사용자 공간에서 모든 패킷 처리를 수행해야 하므로, 커널 공간에서 직접 네트워크 스택을 처리하는 물리적 장치나 일부 가상화 기술에 비해 처리 성능이 낮을 수 있습니다. 특히 고대역폭이나 저지연이 요구되는 환경에서는 성능 병목 현상이 발생할 가능성이 있습니다. 패킷이 사용자 공간 애플리케이션을 왕복해야 하는 오버헤드가 존재합니다.

구현 및 설정이 물리적 네트워크 인터페이스에 비해 복잡할 수 있으며, 운영체제별로 지원 방식과 도구가 다릅니다. 잘못된 구성은 네트워크 연결 단절이나 라우팅 문제를 초래할 수 있어 주의가 필요합니다. 또한, 가상 장치를 통해 흐르는 트래픽에 대한 보안 관리와 모니터링이 추가로 요구됩니다.

TAP은 네트워크 브리지나 가상 머신과 같은 시나리오에서 사용되며, 이더넷 프레임 수준에서 작동하는 가상 네트워크 장치입니다. OSI 모델의 데이터 링크 계층(2계층)에 해당하는 인터페이스를 제공합니다. 이는 TUN 장치가 IP 패킷(3계층)만을 처리하는 것과 대조적입니다. TAP 장치는 완전한 이더넷 프레임을 사용자 공간 프로그램과 주고받기 때문에, MAC 주소와 같은 링크 계층 정보를 포함한 모든 네트워크 트래픽을 처리할 수 있습니다.

TAP의 주요 용도는 가상 머신이나 컨테이너에 가상의 이더넷 어댑터를 제공하여 호스트 운영체제와 브리지 연결을 구성하는 것입니다. 이를 통해 게스트 시스템은 물리적 네트워크에 직접 연결된 것처럼 동작할 수 있습니다. 또한, 사용자 공간에서 동작하는 소프트웨어 브리지나 스위치를 구현하는 데에도 활용됩니다.

TUN과 TAP의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

요약하면, TAP은 가상의 이더넷 케이블 역할을 하여 링크 계층 네트워킹을 에뮬레이션하는 반면, TUN은 가상의 IP 라우터 역할을 하여 네트워크 계층 연결을 제공합니다.

가상 사설망 구현은 TUN 장치의 가장 대표적인 응용 분야 중 하나이다. TUN 장치는 VPN 클라이언트 소프트웨어가 암호화된 터널을 통해 원격 네트워크와 통신할 수 있는 가상의 네트워크 인터페이스를 제공한다. 사용자 공간에서 동작하는 VPN 애플리케이션은 TUN 장치를 통해 IP 패킷을 송수신하며, 이 패킷들은 애플리케이션에 의해 캡슐화, 암호화된 후 물리적 네트워크를 통해 전송된다.

다양한 VPN 프로토콜이 TUN 인터페이스를 활용하여 구현된다. OpenVPN은 대표적인 사용자 공간 VPN 솔루션으로, TUN(또는 TAP) 장치를 생성하고 이를 통해 모든 네트워크 트래픽을 처리한다. WireGuard 역시 커널 모듈 내에서 효율적으로 동작하지만, 사용자 공간 구현체는 종종 TUN 장치를 사용한다. 기업 환경에서 널리 쓰이는 IPsec의 경우, 일부 구현체(예: strongSwan)는 TUN 장치를 가상의 외부 인터페이스로 사용하여 정책 기반의 라우팅을 단순화하기도 한다.

TUN을 사용하는 VPN의 동작 방식은 다음과 같이 요약할 수 있다.

이러한 구조 덕분에 VPN 애플리케이션 개발자는 낮은 수준의 네트워크 드라이버를 직접 작성할 필요 없이, 표준적인 소켓 프로그래밍 인터페이스만으로 네트워크 계층 패킷을 쉽게 제어하고 변조할 수 있다. 결과적으로 TUN은 OpenVPN, WireGuard와 같은 다양한 사용자 공간 VPN 프로토콜 구현의 핵심 기반이 되었다.